[發明專利]一種聚焦離子束-電子束雙束融合可控微納加工的方法

有效

• 申請號: 201610046845.3
• 申請日: 2016-01-25
• 公開（公告）號: CN105668514B
• 公開（公告）日: 2019-04-23
• 發明（設計）人: 李文萍;王榮明;崔益民
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: B82B3/00
• 分類號: B82B3/00;B82Y40/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種聚焦離子束?電子束雙束融合可控微納加工的方法，通過綜合考慮實際系統的像差以及空間電荷效應分別獲得離子束和電子束三維束流密度分布，并依據系統的空間布局將雙束融合成同步粒子束，獲得高精度的雙束融合可控微納加工。首先，獲取源、透鏡、偏轉器和樣品等參數，計算透鏡和偏轉器的二維場、三維場和電氣參數；然后，在給定初始條件下求解牛頓?洛侖茲方程組得到包括像差和離子(電子)庫侖力效應的離子(電子)束三維束流密度分布；最后，考慮雙束系統裝配結構，逆時針旋轉離子束，在庫侖力作用下融合離子束和電子束，實現雙束同步可控加工；優點在于，電子束對離子束束流密度分布的控制，提高了加工的精度和質量。

技術領域

本發明屬于高能束納米原位加工及其實時監控領域，具體涉及一種聚焦離子束-電子束雙束融合可控微納加工的方法；

背景技術

離子束技術是與半導體工藝最兼容的技術，因此在半導體集成電路制造業中，離子束技術已深入到薄膜制作、材料刻蝕、雜質注入、三維結構制作和表面改性諸多方面。其中，聚焦離子束(focused ion beam，簡稱FIB)由于具有高能粒子高分辨率的特性和元素特性，廣泛應用在微納尺度的離子束刻蝕、離子束沉積、離子注入和離子束材料改性方面。聚焦離子束技術是利用靜電透鏡將離子束聚焦成非常小尺寸的顯微切割技術，目前商用FIB系統的離子束是從液態金屬離子源中引出。由于鎵元素具有低熔點、低蒸汽壓以及良好的抗氧化力，因而液態金屬離子源中的金屬材料多為鎵(Gallium，Ga)。

掃描電子顯微鏡(scanning electron microscope，簡稱SEM)，利用電子束掃描形成二次電子像，是上個世紀四十年代發展起來的一種大型精密電子光學儀器，用來直接觀察大塊樣品的表面形貌，分辨本領高、景深長、圖像立體感強。

現有的FIB微納加工裝置包括FIB單束系統、FIB-SEM雙束切換系統和FIB-SEM雙束同步系統三種。

其中，FIB單束系統的缺點包括：由于離子電荷的積累，樣品的材料會受到很大的限制；和電子相比，離子的質量大得多，相同能量和束流下掃描離子成像對樣品的損傷非常大，嚴重影響了離子束加工的質量；另外，掃描離子成像時，產生的二次電子數較少，一般的光電倍增管檢測器很難獲得足夠的二次電子成像，必須采用較為昂貴的微通道板檢測器接收才能清晰成像。上述問題的存在，大大限制了FIB單束系統的應用領域。

隨后發展起來的FIB-SEM雙束切換系統，FIB加工后切換成電子束獲得高分辨率SEM，有效地解決了FIB單束系統在觀測方面的難題，而且通過電子的中和部分解決了非金屬樣品電荷積累的問題，廣泛應用于半導體微電子行業、三維微納米加工、材料分析、微機電系統器件制作以及透射電子顯微鏡(Transmission Electron Microscope，簡稱TEM)樣品制作等。然而，由于電子束和離子束是切換工作的，FIB-SEM雙束切換系統不僅無法實現高分辨率SEM成像對FIB加工過程的實時監控和樣品電荷積累的實時消除，而且不能實現SEM對FIB加工性能的優化調控。比如FEI公司的Quanta^TM3D DualBeam^TM和日本JEOL公司的JIB-4500Multi FIB-SEM系統，離子束加工和電子束成像均為交替分開的，無法實時監控加工過程和電荷積累的瞬時消除，很難保證FIB整個加工過程的質量。